1.4. Phổ kích thích và phổ phát quang của ZnS và ZnS:Mn2+ không bọc phủ và
1.4.3. Sự bọc phủ các hạt nano ZnS:Mn bằng các chất hoạt hóa bề mặt
Như đã nói ở trên, các hạt nano có nhiều ưu điểm và tính ứng dụng cao hơn các vật liệu khối cùng loại. Việc giảm kích thước của hạt nano tới kích thước đủ nhỏ sẽ làm tăng tính chất điện, thay đổi tính chất quang, tăng khả năng xúc tác của chúng do có hiệu ứng giam cầm lượng tử. Đồng thời việc giảm kích thước hạt này cũng làm thay đổi hiệu ứng bề mặt, đây là cũng là nguyên nhân dẫn tới nhiều tính chất mới lạ so với vật liệu khối. Hiệu ứng bề măt là hiệu ứng liên quan đến các nguyên tử bề mặt của vật liệu. Các nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng khi vật liệu có kích thước nhỏ dẫn đến hiệu ứng bề mặt tăng. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu. Nếu coi số nguyên tử ở trên bề mặt là ns và tổng số ngun tử là n thì
ta có phương trình liên hệ giữa chúng là ns = 4n2/3. Từ đó rút ra được tỉ số giữa số
nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4n2/3 /n = 4/n1/3 = 4r0/r,
với r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán kính của hạt nano. Như vậy, khi kích thước của vật liệu giảm tức r giảm thì tỉ số f tăng lên. Khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt - hiệu ứng bề mặt tăng lên do
tỉ số f tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này sẽ tăng lên
đáng kể. Để có thể giảm kích thước của hạt làm tăng hiệu ứng bề mặt người ta đã nghiên cứu nhiều phương pháp, trong đó có phương pháp sử dụng các chất hoạt hóa bề mặt như là các chất polyme. Chúng ta có thể hình dung các hạt nano được bọc phủ như hình 1.19
Hình 1.19: Hình ảnh các hạt nano được bọc phủ polymer [11]
Có hai phương pháp thường thấy khi bọc phủ các hạt nano bằng các chất polyme (PVA, PVP) như sau:
+ Phương pháp bọc phủ trước : Các chất polyme được trộn chung cùng với dung dịch tiền chất và khuấy đều trong nhiều giờ trước quá trình tạo hạt nano
+ Phương pháp bọc phủ sau : Sau khi đã được tạo thành, các hạt nano được cho vào các dung dịch polyme và khuấy đều trong vòng nhiều giờ
Từ thực nghiệm cho thấy việc bọc phủ trước đạt được hiệu quả cao hơn, các hạt được bọc phủ đều hơn so với việc bọc phủ sau. Bởi vậy các nghiên cứu của chúng tôi chủ yếu sử dụng phương pháp bọc phủ trước.
Khi các hạt nano được bọc phủ polyme sẽ tránh được việc các hạt kết tụ trở lại với nhau để tạo thành mẫu khối khiến cho diện tích kích thước bề mặt tăng lên. Điều này dẫn tới cường độ phát quang và hiệu suất phát quang của hạt nano cũng tăng. Chính bởi vậy, việc bọc phủ các hạt nano bằng các chất polyme như Polyvinyl Acetate (PVA), Polyvinyl pyrrolidone (PVP), PolyVinyl Chloride (PVC), Sodium hexametapolyphosphate (SHMP) thu hút được rất nhiều sự quan tâm. Trong bài báo
G.Murugadoss, B. Rajamannan và V. Ramasamy đã chỉ ra rằng các hạt nano được bọc phủ PVA nâng cao tính phát quang so với các hạt mà không được bọc phủ. Trong nghiên cứu của Subhendu K. Panda và đồng nghiệp, sau khi bọc phủ PVP thì kích thước trung bình của hạt nano ZnS cỡ 2.8 nm, PVP làm ổn định các hạt nano và cũng cho thấy ảnh hưởng không gian của PVP bọc phủ các hạt nano ZnS qua liên kết vật lý và hóa học hạn chế mối liên hệ giữa các hạt và ngăn chặn sự kết tụ của các hạt bên trong sự kết tụ hình cầu.